探索衛(wèi)星光通信，華為發(fā)布《空間超寬帶光網(wǎng)絡(luò)未來(lái)發(fā)展的思考及展望》報(bào)告

  ICC訊 2023年12月27日，華為在中國(guó)光學(xué)工程學(xué)會(huì)主辦的第八屆空間光通信與組網(wǎng)技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)發(fā)布《空間超寬帶光網(wǎng)絡(luò)未來(lái)發(fā)展的思考及展望》報(bào)告。本研討會(huì)旨在匯聚從事空間光通信的專業(yè)人員開展學(xué)術(shù)交流，為科研工作者提供一個(gè)展示前瞻性觀點(diǎn)，探討關(guān)鍵技術(shù)的平臺(tái)。

  大會(huì)報(bào)告人唐曉軍博士為華為光產(chǎn)品線技術(shù)規(guī)劃部部長(zhǎng)&首席技術(shù)規(guī)劃師，他在報(bào)告中講到，人類活動(dòng)的足跡遍布地球的荒野沙漠海洋，并開始重啟對(duì)月球、火星的探索及太空旅游等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，基于微波的窄帶衛(wèi)星通信已經(jīng)發(fā)展了很多年，但有限的通信帶寬將難以匹配未來(lái)大規(guī)模、大容量的衛(wèi)星通信需求，空間超寬帶光網(wǎng)絡(luò)的重要性日益凸顯。

  唐曉軍博士回顧了空間及地面兩個(gè)光通信領(lǐng)域發(fā)展歷史、發(fā)展進(jìn)展及業(yè)務(wù)進(jìn)展，并從鏈路帶寬、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)可靠、網(wǎng)絡(luò)管控等維度分析數(shù)十年積累的地面光網(wǎng)絡(luò)經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)如何借鑒并用在衛(wèi)星光通信上，并從批量制造、精密裝調(diào)和模擬仿真系統(tǒng)等維度探討如何保障批量交付。

  展望1：鏈路帶寬

  人類足跡遍布荒野海洋沙漠帶來(lái)手機(jī)、輪船和飛機(jī)通信需求，火災(zāi)、地震、海嘯對(duì)全球應(yīng)急響應(yīng)的需求，氣候污染的全球?qū)崟r(shí)感知測(cè)繪需求，未來(lái)的太空旅游實(shí)時(shí)通信需求，以及月球、火星基地的太空互聯(lián)需求等;可以預(yù)見僅為10Gbps的星間鏈路和星地鏈路帶寬在不遠(yuǎn)的未來(lái)將成為瓶頸?；跇I(yè)務(wù)需求分析，預(yù)計(jì)2030鏈路帶寬將達(dá)到100Gbps,甚至400Gbps。

  展望2：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

  金融/大企業(yè)等高品質(zhì)專線數(shù)據(jù)回傳需要具備大帶寬、高可靠特征的星間鏈路，支持任意速率接入的fgOTN技術(shù)相關(guān)協(xié)議、提供高安全性的QKD(量子密鑰分配)技術(shù)相關(guān)協(xié)議是星間鏈路承載高品質(zhì)to B專線的基礎(chǔ)。

  展望3：網(wǎng)絡(luò)可靠

  到目前為止，地面WDM/OTN ASON(Automatically Switched Optical Network, 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò))已成熟商用超過(guò)13年，部署在300多全球運(yùn)營(yíng)商的500多張網(wǎng)絡(luò)上，全面解決了光纖頻繁中斷帶來(lái)的業(yè)務(wù)受影響等問(wèn)題。與地面網(wǎng)絡(luò)相比，由于以下三個(gè)原因?qū)е滦情g網(wǎng)絡(luò)切換頻次更高， ASON技術(shù)上天成為提高空間光網(wǎng)絡(luò)可靠性的必要手段。

  1)星地鏈路連接時(shí)長(zhǎng)不確定、業(yè)務(wù)需頻繁換星落地

  2)星間鏈路受日凌影響中斷帶來(lái)業(yè)務(wù)中斷

  3)星地鏈路帶寬變化導(dǎo)致業(yè)務(wù)流量易擁塞

  展望4：網(wǎng)絡(luò)管控

  地面已經(jīng)有成熟的網(wǎng)絡(luò)管控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)千級(jí)大網(wǎng)的分析、管理、控制。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)雖然規(guī)模不及地面網(wǎng)絡(luò)大，但與地面網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)和鏈路相對(duì)固定不同，站點(diǎn)動(dòng)態(tài)、鏈路動(dòng)態(tài)、通斷動(dòng)態(tài)導(dǎo)致對(duì)其的管理變得復(fù)雜。基于地面網(wǎng)絡(luò)管控技術(shù)積累的基礎(chǔ)上，需做到光載荷數(shù)字化及AI預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)星際光主動(dòng)運(yùn)維，包括：常規(guī)通道支持業(yè)務(wù)功能的配置、故障自動(dòng)上報(bào)、性能實(shí)時(shí)監(jiān)控、光載荷重構(gòu)、采集在軌數(shù)據(jù)，逃生通道支持通用遙測(cè)指令、常規(guī)遙測(cè)、工程遙測(cè)等。

  展望5：批量制造與精密裝調(diào)

  規(guī)模化的空間光寬帶網(wǎng)絡(luò)需要設(shè)備量產(chǎn)的支撐，勢(shì)必打破傳統(tǒng)的制造和精密裝調(diào)模式：加大在設(shè)計(jì)和開發(fā)階段的投入，將可靠性設(shè)計(jì)、增強(qiáng)和驗(yàn)證提前到此階段;在生產(chǎn)控制階段，引入自動(dòng)化裝備，提升測(cè)試和裝調(diào)效率，規(guī)避手工操作帶來(lái)的設(shè)備一致性低的問(wèn)題，提升設(shè)備良率;從而達(dá)到降低測(cè)試驗(yàn)證項(xiàng)目和時(shí)間及自動(dòng)化裝調(diào)的目的，支撐設(shè)備量產(chǎn)。

  展望6：模擬仿真系統(tǒng)

  由于光機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜、迭代周期長(zhǎng)，地檢系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景覆蓋、運(yùn)行環(huán)境模擬困難，成為精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、快速開發(fā)的掣肘。需構(gòu)建光機(jī)電算熱全覆蓋數(shù)字仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)地檢、載荷、數(shù)字仿真互聯(lián)互通，主要包括：

  · 光機(jī)力熱仿真實(shí)現(xiàn)信道的全鏈路集成仿真;

  · 跟瞄系統(tǒng)高精度設(shè)計(jì)，通過(guò)數(shù)字仿真進(jìn)行多維度耦合系統(tǒng)分析、模擬多場(chǎng)景運(yùn)行，輸出能夠在復(fù)雜條件下快速捕獲、穩(wěn)定跟蹤的方案;

  · 可靠性分析，通過(guò)模型建立與系統(tǒng)仿真，實(shí)現(xiàn)組部件及系統(tǒng)的性能及裕量分析，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計(jì);

  · 測(cè)試效果評(píng)估，通過(guò)仿真實(shí)現(xiàn)復(fù)雜用例、批量用例測(cè)試，支持任意參數(shù)取值組合覆蓋，同時(shí)支持萬(wàn)組用例仿真，提高場(chǎng)景覆蓋度及分析效率。

  隨后，唐曉軍博士提出了面對(duì)空間超寬帶光網(wǎng)絡(luò)的5大關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)：

  1. 相干100G+上天。主要挑戰(zhàn)在于：工業(yè)相干器件的航天適應(yīng)性加固、抗輻噪的新器件和新材料突破、oDSP算法優(yōu)化等。

  2. 超高靈敏度接收。主要挑戰(zhàn)包括：高靈敏度APD直接檢測(cè)、相干檢測(cè)替代IMDD、單光子探測(cè)、相敏放大接收等。

  3. 光載荷輕量化。主要挑戰(zhàn)包括：通過(guò)架構(gòu)創(chuàng)新減少部件、新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化系統(tǒng)、引入新材料實(shí)現(xiàn)輕量化等。

  4. 高精度跟瞄技術(shù)。主要挑戰(zhàn)包括：高精度光天線驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高精度ATP跟蹤算法、2D振鏡補(bǔ)償光線偏角等。

  5. 動(dòng)態(tài)大規(guī)模組網(wǎng)。主要挑戰(zhàn)包括：預(yù)先光連接、業(yè)務(wù)無(wú)縫切換，1+1備份提供高可靠性網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，多因素最優(yōu)路徑、彈性帶寬防擁塞，物理隔離+管道加密，實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)安全等。

  唐曉軍博士在報(bào)告最后總結(jié)：衛(wèi)星通信從窄帶走向?qū)拵?，從微波通信技術(shù)走向光通信技術(shù)是必然之路，具備全覆蓋的空間超寬帶光網(wǎng)絡(luò)將逐步發(fā)展成為未來(lái)關(guān)鍵的信息基礎(chǔ)設(shè)施。